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      熱管換熱器管板應力分析的方法

      2017-01-12 03:29:22江蘇鹽城工業(yè)職業(yè)技術學院許志鵬
      河北農(nóng)機 2016年12期
      關鍵詞:管板熱管換熱器

      江蘇鹽城工業(yè)職業(yè)技術學院 許志鵬

      熱管換熱器管板應力分析的方法

      江蘇鹽城工業(yè)職業(yè)技術學院 許志鵬

      管板是換熱器的關鍵部件之一,通過管板的結構、材料特性、載荷分布以及邊界約束條件等方面分析,管板應力的分析方法對管板的受力研究有一定的意義。

      管板;換熱器;受力分析;

      1 幾何參數(shù)

      冷、熱流體分別為空氣和煙氣,采用逆流布置,通過熱管的傳熱進行熱交換,達到煙氣降溫加熱空氣的目的。

      熱管換熱器管板與熱管的主要幾何尺寸見表1所示。

      表1 主要幾何參數(shù)

      2 熱管換熱器特性

      2.1 熱管換熱器所用材料特性

      分析中有關部件的材料物性,詳見表2[1-2]。

      表2 材料的物理屬性數(shù)據(jù)

      2.2 單元結構模型的選擇

      考慮到建立模型時,簡化一定的求解過程,選擇合適的管陣列在管板冷、熱側有一定的外伸長度,為了更加真實地模擬出管陣列與管板間的應力分析狀態(tài),管束與管板均采用實體。ANSYS在單元選擇方面,用8節(jié)點六面體單元Solid45來做結構分析,用Solid70即與Solid45對應的單元來分析傳熱。

      3 網(wǎng)格數(shù)量

      網(wǎng)格數(shù)量越多,計算精度越準確,由ANSYS軟件中自動劃分方式,得到劃分節(jié)點總數(shù)為759802個,單元總數(shù)為2208246個。獲得工程上合理的計算精度與規(guī)模,PC性能也能跟上。

      4 管板載荷及其邊界條件

      4.1 有限元分析中載荷分析

      本課題涉及到的有:面載荷:在單元表面上作用的分布載荷;

      自由度約束:一般自由度分為Ux、Uy、Uz,如結構分析中的固定位移。

      4.2 管板載荷與邊界條件分析

      管板的應力計算載荷,P為換熱管對管板的壓力,Ps為冷側氣體壓力,Pt為熱側氣體壓力,ts為冷側氣體溫度,tt為熱側氣體溫度。

      根據(jù)實際中熱管換熱器操作工況分析,考慮以下幾種不同載荷,分別是:

      (1)溫度載荷:為熱傳導分析。在離散型分析中,取溫度較高處的四分之一模型,當為正常工況時,ts為冷側氣體溫度,tt為熱側氣體溫度,溫度大小分布為熱側進口處到熱側出口處遞減。

      (2)壓力載荷,機械載荷方面:管板冷側氣體壓力為Ps(-0. 005MPa),熱側氣體壓力為Pt(+0.005MPa)。

      5 小結

      (1)本節(jié)內(nèi)容建立了合理的管板與熱管之間的物理模型,與現(xiàn)實中設備匹配度較高,吻合度好。

      (2)詳細介紹了在模擬計算過程中所遇到的單元、結構、網(wǎng)格、載荷以及邊界約束方面的問題,充分展示了管板的溫度與受力情況。

      [1]中華人民共和國國家標準.JB/T4735-1997鋼制焊接常壓容器[S].中國標準出版社,1997年5月.

      [2]機械設計手冊[M].機械工業(yè)出版社,2010:212-252.

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